PODSTAWY BIOINFORMATYKI 3 SEKWENCJONOWANIE GENOMÓW I

(1)

PODSTAWY BIOINFORMATYKI

3 SEKWENCJONOWANIE GENOMÓW I

(2)

PROJEKTY POZNANIA INNYCH GENOMÓW

23

251 254

717 759 757

986 914 954

1153

1285

889

0 200 400 600 800 1 000 1 200 1 400

ukończone w trakcie scalania w trakcie realizacji 2009

2010 2011 2012

(3)

SEKWENCJONOWANIE GENOMÓW

1. Automatyzacja sekwencjonowania 2. Sekwencjonowanie całych genomów

• Metoda tradycyjna „BAC-to-BAC”

• Metoda "shotgun"

• Sekwencjonowanie nowej generacji

(4)

SEKWENCJONOWANIE

• Fred Sanger

• 2 nagrody Nobla

• Laboratory of Molecular Biology, Cambridge UK

• 1970-te metoda sekwencjonowania

• metoda terminacji łańcucha DNA

(5)

SEKWENCJONOWANIE AUTOMATYCZNE

• Analiza całych genomów → automatyzacja procesu sekwencjonowania

• Sekwenatory DNA → 384 próbki DNA, 24 analizy / doba

(6)

SEKWENCJONOWANIE AUTOMATYCZNE 1. Substraty do sekwencjonowania

• ?

2. Denaturacja DNA

3. Przyłączenie primera

4. Przyłączenie polimerazy 5. Replikacja

6. Zakończenie

7. Łańcuchy DNA o różnych długościach 8. Sekwenator → elektroforeza

9. Sekwenator → odczytanie fluorescencji A, C, T lub G 10.Program → plik wynikowy

(7)

SEKWENCJONOWANIE CAŁYCH GENOMÓW

1. Metoda tradycyjna „BAC-to-BAC” 1980 Map based sequencing

2. Metoda „shotgun” 1997

Whole genome shotgun sequencing

3. Metoda nowej generacji ~2007 Next generation sequencing

(8)

SEKWENCJONOWANIE GENOMÓW - SHOTGUN

fragmenty oczyszczonego

DNA 150-200 kb

DEFRAGMENTACJA DNA

losowo pocięte fragmenty DNA

2-4 kb

(9)

SEKWENCJONOWANIE GENOMÓW - SHOTGUN SEKWENCJONOWANIE FRAGMENTÓW 1 000 bp

(10)

OSTATECZNY WYNIK - SEKWENCJA KONSENSUSOWA SEKWENCJONOWANIE GENOMÓW - SHOTGUN

(11)

SEKWENCJONOWANIE GENOMÓW – SHOTGUN:BAC-to-BAC

BAC-to-BAC SHOTGUN

• Fragmentacja DNA: 150 kbp • Fragmentacja DNA: 2 kbp

• Konstrukcja bibliotek BAC • Konstrukcja bibliotek plazmidowych

• Konstrukcja ramowej mapy – kolejność fragmentów BAC

(12)

SEKWENCJONOWANIE GENOMÓW – SHOTGUN:BAC-to-BAC

BAC-to-BAC SHOTGUN

• Fragmentacja BAC DNA – konstrukcja bibliotek M13

• Sekwencjonowanie bibliotek M13

• Sekwencjonowanie bibliotek plazmidowych

• Łączenie sekwencji • Łączenie sekwencji

(13)

SEKWENCJONOWANIE GENOMÓW – NEXT GENERATION

METODA NOWEJ GENERACJI

• Sekwencjonowanie bardzo krótkich fragmentów

• 50-700 bp

• DNA unieruchomione na płytce

• Szybkie

• Tanie

• Platformy: Roche 454, SOLiD, Illumina Solexa

(14)

PORÓWNANIE METOD

dł. szybkość koszt łańcucha DNA dni/1Gbp 1000 bp

• Tradycyjna, 1970 r. 1000 bp 500 0.100 $

• 454, 2004/2005 r. 400-700 bp 2 0.020 $

• Solexa, 2006 r. 100-150 bp 0.5 0.001 $

• Solid, 2007 r. 50 bp 0.5 0.001 $

(15)

KOSZT/CZAS ZSEKWENCJONOWANIA CAŁEGO GENOMU CZŁOWIEKA

• Projekt poznania genomu człowieka ~ 2004 r.

~ 15 000 000 $ 6-9 lat

• NGS ~2014 r. ~ 4 000 $ ~ 2 dni

•

(16)

(17)

(18)

SEKWENCJONOWANIE GENOMÓW – NEXT GENERATION 454

(19)

SEKWENCJONOWANIE GENOMÓW – NEXT GENERATION Illumina

(20)

SEKWENCJONOWANIE GENOMÓW – NEXT GENERATION 2011 Nature special issue of nature on sequencing

(21)

1000 GENOMES PROJECT (www.1000genomes.org)

• technologie nowej generacji - obniżenie kosztów i duża szybkość sekwencjonowania

• zsekwencjonowanie wielu genomów ludzkich

• scharakteryzowanie zmienności genetycznej człowieka na podstawie sekwencji DNA

(22)

• dane ogólnodostępne do badań

• 2535 osób, 26 populacji

• ftp.1000genomes.ebi.ac.uk/vol1/ftp/

(23)

(24)

PODSTAWY

BIOINFORMATYKI